[发明专利]一种大运动范围复合柔性仿生球窝关节

说明书

一种大运动范围复合柔性仿生球窝关节，属于机器人技术领域。包括球窝底座、球窝、球头、第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构、扭转驱动结构、气动波纹管、驱动电机和气泵；球窝底部与球窝底座固连，球头与球窝配合，球头可在球窝内转动；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构分别连接在球窝、球窝底座和球头上，扭转驱动结构连接在球头上并依附于第一偏转结构内；第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构和扭转驱动结构共同驱动球头绕球窝的三自由度旋转；通过绳索驱动关节转动，通过气动软体结构改变关节刚度，绳索驱动和气动驱动这种复合驱动方式使得关节结构紧凑并具有较大的运动范围和关节柔性，提升了球窝关节的运动性能。

所属技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种大运动范围复合柔性仿生球窝关节。

背景技术

目前，随着机器人技术的不断发展，机器人关节也呈现出多样化的需求。传统的机器人关节采用驱动器串联，每个驱动器驱动机器人的一个自由度，串联机构虽然运动范围大、控制方便，但是串联机构的驱动器安装在每个运动杆件上，导致机器人整体的惯性大，刚度小，在运动时容易发生抖动，难以精确控制。不同于串联机构开环的运动链，并联机构的运动杆件组成一个封闭的运动链，这种结构提高了机器人的关节刚度和运动稳定性，但是并联机构体积大，运动范围小，结构不够紧凑；传统的机械球窝关节虽然结构紧凑，但是运动范围小，不具有柔性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，避免串联和并联机构自身固有的局限性，本发明提供了一种大运动范围复合柔性仿生球窝关节，该关节通过对动物关节的仿生设计，使用绳索驱动和气动驱动的复合驱动，实现了关节的大运动范围和柔性可变刚度，该关节可作为机器人关节，提高机器人的运动性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大运动范围复合柔性仿生球窝关节，包括球窝底座、球窝、球头、第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构、扭转驱动结构、气动波纹管、驱动电机和气泵；球窝底部与球窝底座固连，球头与球窝配合，球头可在球窝内转动；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构分别连接在球窝、球窝底座和球头上，扭转驱动结构连接在球头上并依附于第一偏转结构内；第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构和扭转驱动结构共同驱动球头绕球窝的三自由度旋转。

所述第一偏转驱动结构包括第一限位件、第二限位件、气动波纹管、第一转盘结构、第一连接件、偏转驱动绳索、限位绳索、第一绞盘、驱动电机和气泵。

所述第一限位件包括底部绳索限位件、底部软体限位件、短销轴和长销轴；底部绳索限位件设有四个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第二个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第一个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内，第三短销轴安装靠外侧第四个轴孔内；两个底部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧，底部软体限位件可绕长销轴转动。

进一步的，所述底部绳索限位件内外两侧各有一轴孔，分别通过销轴与球窝上的轴孔和对应球窝底座上的轴孔配合，轴线穿过球窝中心，底部绳索限位件可绕该轴线转动。

所述第二限位件包括顶部绳索限位件、顶部软体限位件、短销轴、长销轴和滚珠；顶部绳索限位件设有四个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第二个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第一个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内，第三短销轴安装靠外侧第四个轴孔内；两个顶部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧，顶部软体限位件可绕长销轴转动；顶部绳索限位件内侧安装四个滚珠，顶部绳索限位件通过滚珠与球头配合，顶部绳索限位件可在球头上滑动。

所述第一转盘结构包括第一转盘、转动轴承、第一定位销轴和第二定位销轴；第一转盘对侧各有一轴孔，第一、第二定位销轴分别固定在轴孔内，第一转盘中心固定一转动轴承，轴承与球头上的输出轴配合，第一转盘可绕球头的输出轴转动。